(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
速度センサレスでベクトル制御される誘導電動機の制御装置において、
前記誘導電動機に供給される電流を静止座標上のα相電流及びβ相電流に変換する３相／２相座標変換器と、
回転座標上のｄ軸成分の磁束電圧指令及びｑ軸成分のトルク電圧指令を、前記静止座標上のα相電圧指令及びβ相電圧指令に変換するｄｑ／２相座標変換器と、
前記α相電流及びβ相電流と、前記α相電圧指令及びβ相電圧指令とを入力してα相磁束推定値及びβ相磁束推定値を算出する磁束推定器と、
前記α相磁束推定値及びβ相磁束推定値それぞれの正のピーク値と負のピーク値との差分によって得られた直流成分であるオフセットを前記α相磁束推定値及びβ相磁束推定値から取り除くオフセット除去処理部と、
前記オフセット除去処理部からのオフセット除去処理後α相磁束推定値及びオフセット除去処理後β相磁束推定値を入力して前記誘導電動機の速度を推定する速度推定器と、
を備えることを特徴とする誘導電動機の制御装置。
【請求項２】
前記オフセット除去処理部は、前記磁束推定器から入力される前記α相磁束推定値の正のピーク及び負のピークと、前記β相磁束推定値の正のピーク及び負のピークとを検出するピーク検出部と、前記正のピーク及び負のピークからオフセットを算出するオフセット算出部と、算出されたオフセットを記憶するオフセット記憶部と、前記磁束推定器から入力される前記α相磁束推定値及び前記β相磁束推定値から前記オフセット記憶部に記憶された前記オフセットを除去する演算を行い出力するオフセット除去演算部を備えたことを特徴とする請求項１記載の誘導電動機の制御装置。
【請求項３】
前記オフセット除去処理部で得られたオフセットは、前記磁束推定器にフィードバックされ、前記磁束推定器は、前記オフセットを用いてα相磁束推定値及びβ相磁束推定値を算出することを特徴とする請求項１または２記載の誘導電動機の制御装置。
【請求項４】
速度センサレスでベクトル制御される誘導電動機の制御方法において、
前記誘導電動機に供給される電流を静止座標上のα相電流及びβ相電流に変換する３相／２相座標変換ステップと、
回転座標上のｄ軸成分の磁束電圧指令及びｑ軸成分のトルク電圧指令を、前記静止座標上のα相電圧指令及びβ相電圧指令に変換するｄｑ／２相座標変換ステップと、
前記α相電流及びβ相電流と、前記α相電圧指令及びβ相電圧指令とを入力してα相磁束推定値及びβ相磁束推定値を算出する磁束推定ステップと、
前記α相磁束推定値及びβ相磁束推定値それぞれの正のピーク値と負のピーク値との差分によって得られた直流成分であるオフセットを前記α相磁束推定値及びβ相磁束推定値から取り除くオフセット除去処理ステップと、
前記オフセット除去処理ステップで得られたオフセット除去処理後α相磁束推定値及びオフセット除去処理後β相磁束推定値を入力して前記誘導電動機の速度を推定する速度推定ステップと、
を備えることを特徴とする誘導電動機の制御方法。
【請求項５】
前記オフセット除去処理ステップは、前記磁束推定ステップで得られた前記α相磁束推定値の正のピーク及び負のピークと、前記β相磁束推定値の正のピーク及び負のピークとを検出するピーク検出ステップと、前記正のピーク及び負のピークからオフセットを算出するオフセット算出ステップと、算出されたオフセットを記憶するオフセット記憶ステップと、前記磁束推定ステップで得られた前記α相磁束推定値及び前記β相磁束推定値から前記オフセット記憶ステップで記憶された前記オフセットを除去する演算を行い出力するオフセット除去演算ステップを備えたことを特徴とする請求項４記載の誘導電動機の制御方法。
【請求項６】
前記オフセット除去処理ステップで得られたオフセットは、前記磁束推定ステップで用いられ、前記磁束推定ステップは、前記オフセットを用いてα相磁束推定値及びβ相磁束推定値を算出することを特徴とする請求項４または５記載の誘導電動機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導電動機の制御装置及び制御方法に関し、特に、速度センサレスでベクトル制御される誘導電動機の制御装置及び制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、誘導電動機の制御装置としては、誘導電動機に３相の駆動電流を供給するインバータ回路と、このインバータ回路に正弦波のＰＷＭ信号を供給するＰＷＭ回路とを備え、外部からの速度指令信号と磁束指令信号に基づいてＰＷＭ回路に制御信号を出力する誘導電動機の制御装置が種々提案されている。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
図８は、従来の誘導電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。図８で示す誘導電動機の制御装置１００（以下、制御装置１００）は、３相交流電源１０１及び誘導電動機（ＩＭ）１０６に接続され、誘導電動機１０６を制御する制御装置であり、ダイオード整流回路１０２、平滑回路１０３、インバータ回路１０４、ＰＷＭゲート信号生成器１０５、電流センサ１０７、３相／２相座標変換器１０８、２相／ｄｑ座標変換器１０９、磁束推定器１１０、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１１１、速度推定器１１２、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１３、すべり演算器１１４、積分器１１５、磁束ＰＩ制御器１１６、磁束電流ＰＩ制御器１１７、速度ＰＩ制御器１１８、トルク電流ＰＩ制御器１１９、ｄｑ／２相座標変換器１２０、２相／３相座標変換器１２１を備えている。
【０００４】
制御装置１００は、磁束指令値φｄ＊と、速度指令値ωｍ＊を目標に、インバータ回路１０４を用いて誘導電動機１０６を駆動するものである。なお、インバータ回路１０４の機能は、パワースイッチング素子によって実現されるが、以下で述べる各機能は、ＣＰＵ（Central Proccesing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等で構成されたコンピュータと、ＲＯＭ，ＲＡＭ等に格納されたプログラムとによって実現される。
【０００５】
制御装置１００は、まず、磁束推定器１１０によって推定された磁束推定値φｄ＾と磁束指令値φｄ＊との偏差Δφｄを、偏差演算部１２２によって演算し、得られた偏差Δφｄは磁束ＰＩ制御器１１６に入力される。磁束ＰＩ制御器１１６は、入力された偏差Δφｄに基づいて磁束電流指令値Ｉｄ＊を生成する。次に、磁束電流指令値Ｉｄ＊と２相／ｄｑ座標変換器１０９から出力されるｄ軸の磁束電流ｉｄとの偏差ΔＩｄを偏差演算部１２３によって演算し、得られた偏差ΔＩｄは磁束電流ＰＩ制御器１１７に入力される。磁束電流ＰＩ制御器１１７は、入力された偏差ΔＩｄに基づいてｄ軸電圧指令Ｖｄ＊を生成する。
【０００６】
一方、制御装置１００は、速度推定器１１２によって推定され、ローパスフィルタ１１３を通して得られた速度推定値ωｍ＾’と、速度指令値ωｍ＊との偏差Δωｍを偏差演算部１２４によって演算し、得られた偏差Δωｍは速度ＰＩ制御器１１８に入力される。速度ＰＩ制御器１１８は、入力された偏差Δωｍに基づいてトルク電流指令値Ｉｑ＊を生成する。次に、トルク電流指令値Ｉｑ＊と２相／ｄｑ座標変換器１０９から出力されるｑ軸のトルク電流ｉｑとの偏差ΔＩｑを偏差演算部１２５によって演算し、得られた偏差ΔＩｑはトルク電流ＰＩ制御器１１９に入力される。トルク電流ＰＩ制御器１１９は、入力された偏差ΔＩｑに基づいてｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を生成する。
【０００７】
磁束電流ＰＩ制御器１１７から出力されるｄ軸電圧指令Ｖｄ＊と、トルク電流ＰＩ制御器１１９から出力されるｑ軸電圧指令Ｖｑ＊は、ｄｑ／２相座標変換器１２０に入力される。ｄｑ／２相座標変換器１２０は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊とｑ軸電圧指令Ｖｑ＊と積分器１１５から出力される位相角θに基づいてα軸、β軸の２相電圧指令Ｖα＊、Ｖβ＊を出力する。２相電圧指令Ｖα＊、Ｖβ＊は、２相／３相座標変換器１２１に入力される。２相／３相座標変換器１２１は、入力された２相電圧指令Ｖα＊、Ｖβ＊に基づいてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を生成する。生成された３相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊は、ＰＷＭ（Pulse Width Moduration）ゲート信号生成器１０５に入力される。ＰＷＭゲート信号生成器１０５は、ＰＷＭ制御によりインバータ１０４の出力電圧を３相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に従い制御する。
【０００８】
図８のブロック図において、制御装置１００には、３相の誘導電動機１０６が接続されており、電流センサ１０７が誘導電動機１０６のＷ相の電流ｉｗとＵ相の電流ｉｕを検出している。なお、この電流センサ１０７は、３相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の内、２相（Ｗ相、Ｕ相）の電流ｉｗ，ｉｕを検出しているが、３相電流の和はゼロであるから他の１相（Ｖ相）の電流ｉｖは一意に定められる。
【０００９】
電流センサ１０７によって検出された電流ｉｗ，ｉｕは、３相／２相座標変換器１０８に入力される。３相／２相座標変換器１０８は、電流ｉｗ，ｉｕに基づいて３相／２相座標変換を行ってα軸、β軸の２相電流ｉα，ｉβを生成し、２相／ｄｑ座標変換器１０９に出力する。２相／ｄｑ座標変換器１０９は、２相電流ｉα，ｉβと、積分器１１５から出力される位相角θに基づいてｄ軸の磁束電流ｉｄとｑ軸のトルク電流ｉｑを出力する。
【００１０】
一方、磁束推定器１１０は、ｄｑ／２相座標変換器１２０から出力される２相電圧指令Ｖα＊、Ｖβ＊と、３相／２相座標変換器１０８から出力される２相電流ｉα，ｉβに基づいてα軸、β軸の磁束推定値φα＾、φβ＾を生成し、それらをハイパスフィルタ１１１によりハイパスフィルタ処理を行って得られるα軸、β軸の磁束推定値φα＾’、φβ＾’を速度推定器１１２に出力する。速度推定器１１２は、ハイパスフィルタ処理を行って得られるα軸、β軸の磁束推定値φα＾’、φβ＾’に基づいて速度推定値ωｍ＾を生成し、それをローパスフィルタ１１３によりローパスフィルタ処理を行って得られる速度推定値ωｍ＾’を出力する。
【００１１】
すべり演算器１１４は、磁束ＰＩ制御器１１６から出力される磁束電流指令値Ｉｄ＊と、速度ＰＩ制御器１１８から出力されるトルク電流指令値Ｉｑ＊とに基づいて、誘導電動機１０６のすべり速度推定値ωｓを演算し、演算器１２６は、ローパスフィルタ処理を行った速度推定値ωｍ＾’と、すべり速度推定値ωｓとを入力し、ωｅ＝ωｍ＾’＋ωｓを演算し、電源角周波数（インバータ出力角周波数）ωｅを出力する。このωｅは、積分器１１５によって位相角θに変換され、２相／ｄｑ座標変換器１０９と、ｄｑ／２相座標変換器１２０に入力される。
【００１２】
上記のように、従来、誘導電動機（モータ）１０６を速度センサレスで制御する場合、磁束とトルクを個別に制御する速度センサレスベクトル制御が使用される。トルクは、誘導電動機１０６の速度をモータパラメータ及び２相電圧指令Ｖα＊、Ｖβ＊と誘導電動機１０６の電流ｉｗ，ｉｕから得られた２相電流ｉα，ｉβを用いて推定された磁束推定値φα＾、φβ＾を基に速度推定値ωｍ＾を演算することにより、誘導電動機１０６の速度信号（ωｍ＾’）をフィードバックして速度指令値ωｍ＊との偏差ΔωｍをＰＩ（比例積分）制御することにより、トルク電流指令値Ｉｑ＊を生成する。一方磁束は、磁束指令値φｄ＊と磁束推定器１１０によって推定された磁束推定値φｄ＾との偏差ΔφｄをＰＩ制御することで磁束電流指令値Ｉｄ＊を生成する。それぞれの電流指令値Ｉｑ＊、Ｉｄ＊と誘導電動機１０６の電流ｉｗ，ｉｕを座標変換して得られた回転座標（ｑ軸、ｄ軸）上の電流ｉｑ，ｉｄとの偏差ΔＩｑ、ΔＩｄをＰＩ制御することで、電圧指令値Ｖｑ＊、Ｖｄ＊を生成し、最終的に３相交流の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に変換して、ＰＷＭゲート信号を生成してインバータ回路１０４のスイッチングを制御して誘導電動機１０６を駆動する。
【００１３】
誘導電動機（モータ）１０６を速度センサレスでベクトル制御する場合、モータ速度（速度推定値ωｍ＾）を推定するために、モータ磁束（磁束推定値φα＾、φβ＾）を静止座標上の電圧指令値Ｖα＊，Ｖβ＊と電流検出値ｉα，ｉβから算出する。この磁束推定値φα＾、φβ＾にオフセットが生じると速度推定値ωｍ＾に振動成分が現れて、このまま速度制御を行うとモータのトルクに脈動成分が生じ、モータが振動する。この対策としての従来のシステムでは、速度制御ゲインの低減、指令周波数ジャンプによる振動領域の回避といった手法の他、図８に示すように、磁束推定値のオフセット成分を除去するハイパスフィルタ１１１と速度推定値ωｍ＾の振動成分を除去するローパスフィルタ１１３を追加することでモータ振動の低減を図っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０００−３１２４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、従来の誘導電動機の制御装置では、速度推定値ωｍ＾にローパスフィルタ処理を行うため、速度推定値ωｍ＾の振動成分を除去するには低いカットオフ周波数を設定する必要があり、モータの応答が遅くなる問題がある。また、磁束推定値φα＾、φβ＾のハイパスフィルタ処理は、デジタル処理を行っており、完全に直流オフセット分だけを除去することは困難であり、低周波数でモータを制御する場合に不具合が生じるという問題がある。
【００１６】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、振動の原因となっている磁束推定値の直流成分を、ハイパスフィルタを使用しない方法で除去し、常にオフセットのない正弦波状の磁束推定値を使用して速度の推定演算を行うことで、誘導電動機の振動を低減する制御方式を実現した誘導電動機の制御装置又は制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る誘導電動機の制御装置又は制御方法は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
第１の誘導電動機の制御装置（請求項１に対応）は、速度センサレスでベクトル制御される誘導電動機の制御装置において、誘導電動機に供給される電流を静止座標上のα相電流及びβ相電流に変換する３相／２相座標変換器と、回転座標上のｄ軸成分の磁束電圧指令及びｑ軸成分のトルク電圧指令を、静止座標上のα相電圧指令及びβ相電圧指令に変換するｄｑ／２相座標変換器と、α相電流及びβ相電流と、α相電圧指令及びβ相電圧指令とを入力してα相磁束推定値及びβ相磁束推定値を算出する磁束推定器と、
α相磁束推定値及びβ相磁束推定値それぞれの正のピーク値と負のピーク値との差分によって得られた直流成分であるオフセットを前記α相磁束推定値及びβ相磁束推定値から取り除くオフセット除去処理部と、オフセット除去処理部からのオフセット除去処理後α相磁束推定値及びオフセット除去処理後β相磁束推定値を入力して誘導電動機の速度を推定する速度推定器と、を備えることを特徴とする。
第２の誘導電動機の制御装置（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくは、オフセット除去処理部は、磁束推定器から入力されるα相磁束推定値の正のピーク及び負のピークと、β相磁束推定値の正のピーク及び負のピークとを検出するピーク検出部と、正のピーク及び負のピークからオフセットを算出するオフセット算出部と、算出されたオフセットを記憶するオフセット記憶部と、磁束推定器から入力されるα相磁束推定値及びβ相磁束推定値からオフセット記憶部に記憶されたオフセットを除去する演算を行い出力するオフセット除去演算部を備えたことを特徴とする。
第３の誘導電動機の制御装置（請求項３に対応）は、上記の構成において、好ましくは、オフセット除去処理部で得られたオフセットは、磁束推定器にフィードバックされ、磁束推定器は、オフセットを用いてα相磁束推定値及びβ相磁束推定値を算出することを特徴とする。
第１の誘導電動機の制御方法（請求項４に対応）は、速度センサレスでベクトル制御される誘導電動機の制御方法において、誘導電動機に供給される電流を静止座標上のα相電流及びβ相電流に変換する３相／２相座標変換ステップと、回転座標上のｄ軸成分の磁束電圧指令及びｑ軸成分のトルク電圧指令を、静止座標上のα相電圧指令及びβ相電圧指令に変換するｄｑ／２相座標変換ステップと、α相電流及びβ相電流と、α相電圧指令及びβ相電圧指令とを入力してα相磁束推定値及びβ相磁束推定値を算出する磁束推定ステップと、α相磁束推定値及びβ相磁束推定値それぞれの正のピーク値と負のピーク値との差分によって得られた直流成分であるオフセットを前記α相磁束推定値及びβ相磁束推定値から取り除くオフセット除去処理ステップと、オフセット除去処理ステップで得られたオフセット除去処理後α相磁束推定値及びオフセット除去処理後β相磁束推定値を入力して誘導電動機の速度を推定する速度推定ステップと、を備えることを特徴とする。
第２の誘導電動機の制御方法（請求項５に対応）は、上記の方法において、好ましくは、オフセット除去処理ステップは、磁束推定ステップで得られたα相磁束推定値の正のピーク及び負のピークと、β相磁束推定値の正のピーク及び負のピークとを検出するピーク検出ステップと、正のピーク及び負のピークからオフセットを算出するオフセット算出ステップと、算出されたオフセットを記憶するオフセット記憶ステップと、磁束推定ステップで得られたα相磁束推定値及びβ相磁束推定値からオフセット記憶ステップで記憶されたオフセットを除去する演算を行い出力するオフセット除去演算ステップを備えたことを特徴とする。
第３の誘導電動機の制御方法（請求項６に対応）は、上記の方法において、好ましくはオフセット除去処理ステップで得られたオフセットは、磁束推定ステップで用いられ、磁束推定ステップは、オフセットを用いてα相磁束推定値及びβ相磁束推定値を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、速度センサレスでベクトル制御される誘導電動機の制御装置において、誘導電動機に供給される電流を静止座標上のα相電流及びβ相電流に変換する３相／２相座標変換器と、回転座標上のｄ軸成分の磁束電圧指令及びｑ軸成分のトルク電圧指令を、静止座標上のα相電圧指令及びβ相電圧指令に変換するｄｑ／２相座標変換器と、α相電流及びβ相電流と、α相電圧指令及びβ相電圧指令とを入力してα相磁束推定値及びβ相磁束推定値を算出する磁束推定器と、α相磁束推定値及びβ相磁束推定値からオフセットを取り除くオフセット除去処理部と、オフセット除去処理部からのオフセット除去処理後α相磁束推定値及びオフセット除去処理後β相磁束推定値を入力して誘導電動機の速度を推定する速度推定器と、を備えるため、振動の原因となっている推定磁束の直流成分を、ハイパスフィルタを使用しない方法で除去し、常にオフセットのない正弦波状の推定磁束を使用して速度の推定演算を行うので、誘導電動機の振動を低減する制御方式を実現した誘導電動機の制御装置を提供することができる。
また、本発明によれば、速度センサレスでベクトル制御される誘導電動機の制御方法において、誘導電動機に供給される電流を静止座標上のα相電流及びβ相電流に変換する３相／２相座標変換ステップと、回転座標上のｄ軸成分の磁束電圧指令及びｑ軸成分のトルク電圧指令を、静止座標上のα相電圧指令及びβ相電圧指令に変換するｄｑ／２相座標変換ステップと、α相電流及びβ相電流と、α相電圧指令及びβ相電圧指令とを入力してα相磁束推定値及びβ相磁束推定値を算出する磁束推定ステップと、α相磁束推定値及びβ相磁束推定値からオフセットを取り除くオフセット除去処理ステップと、オフセット除去処理ステップで得られたオフセット除去処理後α相磁束推定値及びオフセット除去処理後β相磁束推定値を入力して誘導電動機の速度を推定する速度推定ステップと、を備えるため、振動の原因となっている推定磁束の直流成分を、ハイパスフィルタを使用しない方法で除去し、常にオフセットのない正弦波状の推定磁束を使用して速度の推定演算を行うので、誘導電動機の振動を低減する制御方式を実現した誘導電動機の制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の本実施形態に係る誘導電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の本実施形態に係る誘導電動機の制御装置でのオフセット除去処理部のブロック図である。
【図３】本発明の本実施形態に係る誘導電動機の制御装置での磁束推定器のブロック図である。
【図４】推定磁束にオフセットがない場合の推定速度特性図である。
【図５】推定磁束にオフセットがある場合の推定速度特性図である。
【図６】推定磁束からオフセットを除去する手法の説明図である。
【図７】推定磁束からオフセットを除去する手法を説明するフローチャートである。
【図８】従来の誘導電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は、本発明の本実施形態に係る誘導電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。基本のブロック構成は、図８で示した従来の制御装置１００と同一の構成要素を有しているが、振動抑制制御を行うためのハイパスフィルタ１１１が本発明の特徴であるオフセット除去処理を行うためのオフセット除去処理部１２に変更されている。そして、オフセット除去処理部１２で求めたオフセットの量を磁束推定器１１にフィードバックしている。その他、図８で示した従来の制御装置１００と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００２２】
図１で示す誘導電動機の制御装置１０（以下、制御装置１０）は、３相交流電源１０１及び誘導電動機（ＩＭ）１０６に接続され、誘導電動機１０６を制御する制御装置であり、ダイオード整流回路１０２、平滑回路１０３、インバータ回路１０４、ＰＷＭゲート信号生成器１０５、電流センサ１０７、３相／２相座標変換器１０８、２相／ｄｑ座標変換器１０９、磁束推定器１１、オフセット除去処理部１２、速度推定器１１２、ローパスフィルタ１３，すべり演算器１１４、積分器１１５、磁束ＰＩ制御器１１６、磁束電流ＰＩ制御器１１７、速度ＰＩ制御器１１８、トルク電流ＰＩ制御器１１９、ｄｑ／２相座標変換器１２０、２相／３相座標変換器１２１を備えている。
【００２３】
上記の構成において、３相／２相座標変換器１０８は、誘導電動機１０６に供給される電流ｉｕ，ｉｗ，ｉｖを、αβ直交２軸の静止座標上のα相電流ｉα及びβ相電流ｉβに変換する３相／２相座標変換ステップを実行する。ｄｑ／２相座標変器１２０は、ｄｑ直交２軸の回転座標上のｄ軸成分の磁束電圧指令Ｖｄ＊及びｑ軸成分のトルク電圧指令Ｖｑ＊を、αβ直交２軸の静止座標上のα相電圧指令Ｖα＊及びβ相電圧指令Ｖβ＊に変換するｄｑ／２相座標変換ステップを実行する。
【００２４】
磁束推定器１１は、α相電流ｉα及びβ相電流ｉβと、α相電圧指令Ｖα＊及びβ相電圧指令Ｖβ＊とを入力してα相磁束推定値φα＾及びβ相磁束推定値φβ＾を算出する磁束推定ステップを実行する。
【００２５】
オフセット除去処理部１２は、α相磁束推定値φα＾及びβ相磁束推定値φβ＾からオフセットを取り除き、オフセット除去処理後α相磁束推定値φα＾’及びオフセット除去処理後β相磁束推定値φβ＾’を出力するオフセット除去処理ステップを実行する。
【００２６】
速度推定器１１２は、オフセット除去処理部１２からのオフセット除去処理後α相磁束推定値φα＾’及びオフセット除去処理後β相磁束推定値φβ＾’を入力して誘導電動機１０６の速度ωｍ＾を推定する速度推定ステップを実行する。
【００２７】
制御装置１０では、オフセット除去処理部１２で得られたオフセットφαｏｆｆｓｅｔ＾，φβｏｆｆｓｅｔ＾は、磁束推定器１１にフィードバックされ、磁束推定器１１は、オフセットφαｏｆｆｓｅｔ＾，φβｏｆｆｓｅｔ＾を用いてα相磁束推定値φα＾とβ相磁束推定値φβ＾を算出する。
【００２８】
従来の誘導電動機の制御装置１００は、図８に示すように磁束推定器１１０の後段にハイパスフィルタ１１１を設けており、磁束推定器１１０で生じるオフセットは、ハイパスフィルタ１１１によって取り除かれる。一方、本実施形態では、上記のように磁束推定器１１で生じるオフセットは、オフセット除去処理部１２によって取り除かれる。また、オフセット除去処理部１２で得られたオフセットは、磁束推定器１１にフィードバックされ、オフセットは、磁束推定器１１でも取り除かれる。
【００２９】
図２は、オフセット除去処理部１２のブロック構成図である。オフセット除去処理部１２は、オフセット除去処理ステップを実行する、ピーク検出部２０とオフセット算出部２１とオフセット記憶部２２とオフセット除去演算部２３を備えている。ピーク検出部２０は、磁束推定器１１から入力される時間変化する磁束推定値φα＾、φβ＾のピークとそれらピークの次の逆符号のピークを検出するというピーク検出ステップを行い、それらそれぞれのピーク値と次の逆符号のピーク値をオフセット算出部２１に出力する。オフセット算出部２１は、ピーク検出部２０から出力されたそれぞれのピーク値と次の逆符号のピーク値からそれぞれのオフセット量φαｏｆｆｓｅｔ，φβｏｆｆｓｅｔを算出するというオフセット算出ステップを行い、オフセット記憶部２２に出力する。オフセット記憶部２２は、オフセット算出部２１から出力されたそれぞれのオフセット量φαｏｆｆｓｅｔ，φβｏｆｆｓｅｔを次のオフセット量が入力されるまで記憶するというオフセット記憶ステップを行い、オフセット除去演算部２３に出力する。次のオフセット量が入力されたならば、記憶するオフセット量を更新する。オフセット除去演算部２３は、磁束推定器１１から入力される磁束推定値φα＾、φβ＾から、オフセット記憶部２２から入力されるオフセット量φαｏｆｆｓｅｔ，φβｏｆｆｓｅｔをそれぞれ除去する演算を行うというオフセット除去演算ステップを行い、演算後の磁束推定値φα＾’、φβ＾’を速度推定器１１２に出力する。また、オフセット記憶部２２は、記憶するオフセットの量φαｏｆｆｓｅｔ，φβｏｆｆｓｅｔを磁束推定器１１にフィードバックさせて出力する。
【００３０】
図３は、磁束推定器１１のブロック構成図である。磁束推定器１１は、後述の式（７）、（８）及び式（７）の添字αをｄに置き換えた式によって演算して磁束推定計算値φα０＾、φβ０＾を求める磁束推定計算部３０と、オフセット除去処理部１２のオフセット記憶部２２からフィードバックされたオフセット量φαｏｆｆｓｅｔ，φβｏｆｆｓｅｔを用いて、磁束推定計算値φα０＾、φβ０＾からオフセット量φαｏｆｆｓｅｔ，φβｏｆｆｓｅｔをそれぞれ減算して磁束推定値φα＾、φβ＾を出力するオフセット減算部３１を備えている。なお、ここでは、（７）、（８）式の左辺のφα＾、φβ＾をφα０＾、φβ０＾と置き換えた。
【００３１】
次に、制御装置１０を図１〜図３の構成とすることで速度センサレスベクトル制御でのモータの振動が抑制できる理由を以下に図６を参照して説明する。
【００３２】
回転磁界の位相θと静止座標上で表された二次磁束φαとφβとの関係は、（１）式で表される。
【００３３】
θ＝ｔａｎ−１（φβ／φα）・・・（１）
【００３４】
電源角周波数ωｅは、（１）式を時間微分することによって得られる（２）式で演算される。
【００３５】
ωｅ＝ｄθ／ｄｔ＝（（ｄφβ／ｄｔ）・φα−（ｄφα／ｄｔ）・φβ）／（φα２＋φβ２）・・・・・・・・（２）
【００３６】
また、すべりωｓは、（３）式で演算することができる。
【００３７】
ωｓ＝Ｒｒ・（Ｌｍ／Ｌｒ）・（φαｉβ−φβｉα）／（φα２＋φβ２）
・・・・・（３）
【００３８】
そして、モータ角速度（電気角換算）ωｍｅは（４）式で演算される。
【００３９】
ωｍｅ＝ωｅ−ωｓ・・・・・（４）
【００４０】
このとき、静止座標上の磁束は、直接測定できないため、静止座標上の電圧と電流から（５）式と（６）式により演算する。
【００４１】
φα＝∫（Ｖα−Ｒｓｉα）ｄｔ−ｌｓｉα・・・・・・・（５）
φβ＝∫（Ｖβ−Ｒｓｉβ）ｄｔ−ｌｓｉβ・・・・・・・（６）
【００４２】
（１）式〜（６）式の変数は以下の値を示す。
Ｖα：α相電圧、Ｖβ：β相電圧、ｉα：α相電流、ｉβ：β相電流、φα：α相磁束、φβ：β相磁束、Ｒｓ：一次抵抗、Ｒｒ：二次抵抗、ｌｓ：一次漏れインダクタンス、Ｌｍ：相互インダクタンス、Ｌｒ：二次インダクタンス
【００４３】
従来の磁束推定器１１０では、α相電圧指令Ｖα＊、β相電圧指令Ｖβ＊、α相電流ｉα、β相電流ｉβから（５）式と（６）式を用いて、α相、β相の磁束推定値φα＾、φβ＾を（７）式、（８）式に従って演算していた。
【００４４】
φα＾＝∫（Ｖα＊−Ｒｓｉα）ｄｔ−ｌｓｉα・・・・・・・（７）
φβ＾＝∫（Ｖβ＊−Ｒｓｉβ）ｄｔ−ｌｓｉβ・・・・・・・（８）
【００４５】
ここで、（７）式と（８）式は、積分演算となるため、α相電圧指令Ｖα＊、β相電圧指令Ｖβ＊とα相電流ｉα、β相電流ｉβにオフセットが生じた場合、そのオフセット量も同時に積算して、出力であるα相、β相磁束推定値φα＾、φβ＾にもオフセットが現れてしまう。電圧は、α相、β相電圧指令値Ｖα＊、Ｖβ＊を使用することからオフセット量は、ほぼゼロであるが、電流は、検出値ｉα、ｉβを使用するため、電流センサ１０７のオフセットがわずかでも残っていると、ある程度時間が経過したときにα相、β相の磁束推定値φα＾、φβ＾に大きなオフセット量が現れてしまう。
【００４６】
上記のようにオフセット量を含んだα相、β相磁束推定値φα＾、φβ＾を用いると、電源角周波数ωｅの推定値ωｅ＾は、回転磁界の位相θの推定値をθ＾とすると、（２）式を用いて（９）式から演算される。
【００４７】
ωｅ＾＝ｄθ＾／ｄｔ＝（（ｄφβ＾／ｄｔ）・φα＾−（ｄφα＾／ｄｔ）・φβ＾）／（φα＾２＋φβ＾２）・・・・・・・・（９）
【００４８】
また、すべりωｓの推定値ωｓ＾は、（３）式を用いて（１０）式から演算される。
【００４９】
ωｓ＾＝Ｒｒ・（Ｌｍ／Ｌｒ）・（φα＾ｉβ−φβ＾ｉα）／（φα＾２＋φβ＾２）
・・・・・（１０）
【００５０】
そして、モータ角速度（電気角換算）ωｍｅの推定値ωｍｅ＾は（４）式を用いて（１１）式から演算される。
【００５１】
ωｍｅ＾＝ωｅ＾−ωｓ＾・・・・・（１１）
【００５２】
図４は、磁束推定値φα＾、φβ＾にオフセットがない場合の（９）式と（１１）式から計算された電源角周波数ωｅの推定値ωｅ＾とモータ角速度（電気角換算）ωｍｅの推定値ωｍｅ＾と推定速度ωｍｒと回転数Ｎｍの時間変化を示す図である。図４から磁束推定値にオフセットがない場合は、電源角周波数ωｅの推定値ωｅ＾とモータ角速度（電気角換算）ωｍｅの推定値ωｍｅ＾と推定速度ωｍｒと回転数Ｎｍの時間変化に振動は見られない。
【００５３】
図５は、磁束推定値φα＾、φβ＾にオフセットが生じた場合の（９）式と（１１）式から計算された電源角周波数ωｅの推定値ωｅ＾とモータ角速度（電気角換算）ωｍｅの推定値ωｍｅ＾と推定速度ωｍｒと回転数Ｎｍの時間変化を示す図である。図５から磁束推定値にオフセットが生じた場合は、電源角周波数ωｅの推定値ωｅ＾とモータ角速度（電気角換算）ωｍｅの推定値ωｍｅ＾と推定速度ωｍｒと回転数Ｎｍの時間変化に振動成分が現れる。
【００５４】
そのため、推定速度ωｍｒに振動成分が含まれた状態で速度制御を行うと、実際に存在しない速度の振動に対して補償しようと制御系が動作してトルク脈動が発生し、かえってモータを振動させてしまう結果となる。
【００５５】
そこで、本実施形態での制御装置１０におけるオフセット除去処理部１２では、ピーク検出部２０とオフセット算出部２１を設け、図６に示すように磁束推定値φα＾、φβ＾のオフセットを磁束推定器１１から出力される磁束推定値φα＾、φβ＾の正と負のピーク値から求める方法を採用した。ここでは、例として、磁束推定値φα＾、φβ＾をφで代表して示している。磁束推定値φの正弦波形に図６（ａ）で示すようなオフセットが生じた場合、正弦波形を位相９０度ごとに区間ｎ〜ｎ＋３に分け、そのときの正のピーク値（絶対値）φｍａｘｎ，φｍａｘｎ＋１，φｍａｘｎ＋２と負のピーク値（絶対値）φｍｉｎｎ，φｍｉｎｎ＋１を求めておく。そして、オフセット量φｏｆｆｓｅｔｎ，φｏｆｆｓｅｔｎ＋１，φｏｆｆｓｅｔｎ＋２，φｏｆｆｓｅｔｎ＋３は、区間ごとに以下の（１２）〜（１５）式に示す正のピーク値（絶対値）から負のピーク値（絶対値）を引いた差の１／２の値で求めることができる。
【００５６】
区間ｎ：φｏｆｆｓｅｔｎ＝（φｍａｘｎ−φｍｉｎｎ−１）／２      （１２）
区間ｎ＋１：φｏｆｆｓｅｔｎ＋１＝（φｍａｘｎ−φｍｉｎｎ）／２      （１３）
区間ｎ＋２：φｏｆｆｓｅｔｎ＋２＝（φｍａｘｎ＋１−φｍｉｎｎ）／２      （１４）
区間ｎ＋３：φｏｆｆｓｅｔｎ＋３＝（φｍａｘｎ＋２−φｍｉｎｎ＋１）／２  （１５）
【００５７】
具体的には、図２と図６と図７のフローチャートによって示されるように、ピーク検出部２０では、φが増加しているときには、フラグをゼロとし、φが減少しているときにはフラグを１とし、フラグがゼロから１に変化する瞬間のφを正のピーク値として検出する（ステップＳ１１）。また、フラグが１からゼロに変化する瞬間のφを負のピーク値として検出する（ステップＳ１２）。オフセット算出部２１では、ピーク検出部２０から出力される連続したピーク値（絶対値）φｍａｘｎと逆符号のピーク値（絶対値）φｍｉｎｎ−１に基づいて（１６）式に従ってオフセット量φｏｆｆｓｅｔｎを算出する（ステップＳ１３）。ここでｎは整数を示す。
【００５８】
φｏｆｆｓｅｔｎ＝（φｍａｘｎ−φｍｉｎｎ−１）／２      （１６）
【００５９】
オフセット記憶部２２は、オフセット算出部２１で算出されたオフセット量φｏｆｆｓｅｔｎを記憶し（ステップＳ１４）、オフセット除去演算部２３に出力する。ステップＳ１５では、次のピークを検出したか否か判断する。もし、ステップＳ１５で次のピークを検出しなければ、オフセット除去演算部２３では、磁束推定器１１から出力される磁束推定値φ＾から（１７）式のようにオフセット量φｏｆｆｓｅｔｎを減算してオフセット除去処理後磁束推定値φ＾’を出力する（ステップＳ１６）。
【００６０】
φ＾’＝φ＾−φｏｆｆｓｅｔｎ                （１７）
【００６１】
そして、ステップＳ１７では、オフセット量φｏｆｆｓｅｔｎを磁束推定器１１にフィードバックする。ステップＳ１８では、駆動停止されるか否か判断し、駆動が停止されなければ、ステップＳ１５を実行する。駆動が停止されれば、エンドとなる。
【００６２】
図６（ｂ）は、オフセット除去演算部２３から出力される磁束推定値の時間変化である。
【００６３】
もし、ステップＳ１５において、ピーク検出部２０で次のピーク検出されたならば、そのピーク値がオフセット算出部２１に入力され、次のオフセットが算出され、オフセット記憶部２２に出力される。それにより、オフセット記憶部２２は、次のオフセットに更新して記憶し、オフセット除去演算部２３に出力する。
【００６４】
この方式の場合、オフセットは正弦波の位相９０度分遅れて検出することになるが、低周波数の正弦波形でも関係なくオフセットを検出ができるメリットがある。また、この処理により検出したオフセットを図２に示すように磁束推定器１１にフィードバックし、（７）式、（８）式の磁束推定計算値φα０＾、φβ０＾の積算処理を行い、その値からオフセット減算部３１でオフセット量φαｏｆｆｓｅｔ，φβｏｆｆｓｅｔを減算することで磁束推定器１１の出力段階でオフセットが減少し、磁束推定器１１でのオフセットの取り残しをオフセット除去処理部１２で解消することが可能となる。これにより、オフセットの除去は、オフセット除去演算部２３だけでなく、オフセット減算部３１においても行われるという二重の構造で行われるため、よりいっそうのオフセット除去の効果をもたらすことができる。その結果、推定速度に含まれる振動成分が減少して、今まで振動していた周波数帯や速度制御ゲインを大きくしてもモータ振動を減少させることが可能となる。
【００６５】
この方式は、磁束推定値のオフセットを除去するだけなので、推定速度のアルゴリズムに関係なく、どのような速度センサレスドライブでもモータ振動低減効果を得ることができる。また、図２のオフセット除去処理部１２の処理は単純に周期波形からオフセットを取り除きたい場合の手法として用いることも可能であるため、極低周波数（例えば、０．２５Ｈｚ）のハイパスフィルタ処理（またはオフセット除去処理）としても応用可能である。
【００６６】
以上説明したように、二次磁束の推定演算で生じた直流成分のオフセットを周波数に関係なく除去可能な手法と、さらに、磁束推定値の積算演算にてオフセット量の減算処理を組み合わせることで、モータの振動を抑制することが可能となる。
【００６７】
なお、本実施形態では、磁束推定値のオフセットの除去を、オフセット除去処理部１２のオフセット除去演算部２３と磁束推定器１１のオフセット減算部３１の両方で行うようにしたが、それに限らず、磁束推定値のオフセットの除去を、オフセット除去処理部１２のオフセット除去演算部２３においてだけ行うようにしたり、または、磁束推定器１１のオフセット減算部３１においてだけ行うようにすることもできる。
【００６８】
以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）等については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明に係る誘導電動機の制御装置及び制御方法は、誘導電動機の駆動を制御する装置及び方法として利用される。
【符号の説明】
【００７０】
１０        誘導電動機の制御装置
１１        磁束推定器
１２        オフセット除去処理部
１３        ローパスフィルタ
２０        ピーク検出部
２１        オフセット算出部
２２        オフセット記憶部
２３        オフセット除去演算部
１０１      ３相交流電源
１０２      ダイオード整流回路
１０３      平滑回路
１０４      インバータ回路
１０５      ＰＷＭゲート信号生成器
１０６      誘導電動機
１０７      電流センサ
１０８      ３相／２相座標変換器
１０９      ２相／ｄｑ座標変換器
１１２      速度推定器
１１４      すべり演算器
１１５      積分器
１１６      磁束ＰＩ制御器
１１７      磁束電流ＰＩ制御器
１１８      速度ＰＩ制御器
１１９      トルク電流ＰＩ制御器
１２０      ｄｑ／２相座標変換器
１２１      ２相／３相座標変換器
【図１】
0005556381.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005556381.tif 000007
【図７】
0005556381.tif 000008
【図８】
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